JP6315387B2 - 高曲げ靭性ｐｃ杭 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の基礎等に使用する高曲げ靭性ＰＣ杭に関する。

構造物の基礎には、高強度コンクリート（例えば、圧縮強度８０Ｎ／ｍｍ^２以上）からなる円筒状を成すコンクリート体の周方向に間隔を置いて軸方向に向けた複数の縦筋が埋設され、その縦筋によってコンクリート体に軸方向のプレストレスを付与してなるＰＣ杭が一般的に使用されている。

この種のＰＣ杭は、縦筋により付与されたプレストレスによって高い曲げ耐力を有するが、変形し難いことから曲げ靭性に乏しく、地震動等により曲げ方向に大きな外力が作用した際、当該外力によるエネルギーを変形によって吸収することができず破損するおそれがあった。

そこで、従来では、縦筋によって高い曲げ耐力を確保するとともに、縦筋の外側に環状又は螺旋状に横拘束筋を配置してコンクリート体を拘束することにより、その横拘束効果により高い曲げ靭性を実現した高曲げ靭性ＰＣ杭が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

この高曲げ靭性ＰＣ杭では、一様伸びが３％以上の高一様伸びＰＣ鋼材であって、外周面に螺旋状の溝部を有する異形ＰＣ鋼材を縦筋として使用し、コンクリート体に対する付着強度を高めるようにしたものが知られている。

特開昭６２−２１５７１７号公報

しかしながら、上述した従来の高曲げ靭性ＰＣ杭では、地震動等によって曲げ方向、即ち、軸方向と交差する方向に大きな外力が作用すると、コンクリート体の曲率半径外側に引張力が作用し、その引張力がコンクリート体を構成する高強度コンクリートの引張強度と導入されたプレストレスとの合成応力度を超えるとひび割れが発生する。

そして、このような高曲げ靭性ＰＣ杭では、一般の鉄筋コンクリート杭に比べてひび割れが生じ難く、その数が少ないため、ひび割れが生じるとその箇所で局所的にひび割れ幅が拡大し、縦筋の伸びが極端に大きくなり、その部分に応力が集中して縦筋が破断してしまうおそれがあった。

さらに、この種の高曲げ靭性ＰＣ杭では、局所的にひび割れが拡大し、縦筋が破断してしまえば、横拘束筋によるコンクリート体の拘束効果、即ち、コンクリートの圧縮変形能力の改善効果を阻害し、その為、ＰＣ杭全体で十分な靭性が確保できないという課題もある。

また、縦筋に異形ＰＣ鋼材を使用した場合には、縦筋とコンクリート体とが強固に付着して一体となって引張応力を負担するところ、ひび割れが発生した場合、その断面部の縦筋は、コンクリート体と分離した状態となり、縦筋のみで引張応力を負担しなければならず、その分、ひび割れ部分の縦筋に応力が集中し伸びが大きくなるおそれがあった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、縦筋の局所的な伸びを緩和でき、曲げ靭性に優れた高曲げ靭性ＰＣ杭の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項1に記載の発明の特徴は高強度コンクリートからなる円筒状のコンクリート体に、周方向に間隔を置いて軸方向に向けた一様伸びが２％以上のＰＣ鋼材からなる複数の縦筋が埋設されるとともに、該縦筋の外側に環状又は螺旋状に横拘束筋が配置され、前記縦筋によってプレストレスが付与されている高曲げ靭性ＰＣ杭において、前記縦筋は、前記コンクリート体にひび割れを生ずる引張応力度と同等又はそれ以下の付着強度で前記コンクリート体に付着され、前記コンクリート体には、周方向に間隔を置いて複数のひび割れ誘発部材が埋設され、曲げ方向に大きな外力が作用した際、前記縦筋が前記コンクリート体と軸方向で互いに摺動しつつ伸長し、且つ、前記ひび割れ誘発部材によって軸方向に間隔を置いて前記コンクリート体に複数のひび割れが生じるようにしている高曲げ靭性ＰＣ杭にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記縦筋は、丸鋼状に形成されていることにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記縦筋は、前記ＰＣ鋼材が外周面を摺動用被覆により被覆されていることにある。

本発明に係る高曲げ靭性ＰＣ杭は、上述したように、高強度コンクリートからなる円筒状のコンクリート体に、周方向に間隔を置いて軸方向に向けた一様伸びが２％以上のＰＣ鋼材からなる複数の縦筋が埋設されるとともに、該縦筋の外側に環状又は螺旋状に横拘束筋が配置され、前記縦筋によってプレストレスが付与されている高曲げ靭性ＰＣ杭において、前記縦筋は、前記コンクリート体にひび割れを生ずる引張応力度と同等又はそれ以下の付着強度で前記コンクリート体に付着され、前記コンクリート体には、周方向に間隔を置いて複数のひび割れ誘発部材が埋設され、曲げ方向に大きな外力が作用した際、前記縦筋が前記コンクリート体と軸方向で互いに摺動しつつ伸長し、且つ、前記ひび割れ誘発部材によって軸方向に間隔を置いて前記コンクリート体に複数のひび割れが生じるようにしていることにより、曲げ方向に大きな外力が作用した際には、ひび割れの発生に先んじて縦筋がコンクリート体と互いに摺動しつつ伸長を開始し、また、複数のひび割れを生じさせることによって局所的な大きなひび割れを防止することで、曲げに伴う引張力及び伸びを分散して負担し、横拘束筋の拘束効果を高め、高い曲げ靭性を得ることができる。

また、本発明において、前記縦筋は、丸鋼状に形成されていることにより、平常時には、コンクリート体に対して好適な付着強度を得て好適にプレストレスを導入することができ、曲げ方向に大きな外力が作用した際には、縦筋がコンクリート体に対して摺動しつつ伸長でき、縦筋全体で引張力を分散して負担することができる。

また、本発明において、前記縦筋は、前記ＰＣ鋼材が外周面を摺動用被覆により被覆されていることにより、縦筋に異形ＰＣ鋼材を使用した場合であっても、平常時には、コンクリート体に対して好適な付着強度を得て好適にプレストレスを導入することができ、曲げ方向に大きな外力が作用した際には、縦筋がコンクリート体に対して摺動しつつ伸長し、縦筋全体で引張応力を分散して負担することができる。

本発明に係る高曲げ靭性ＰＣ杭の一例を示す横断面図である。 図１中のＡ-Ａ線断面図である。 図１中のＢ−Ｂ線断面図である。 高曲げ靭性ＰＣ杭に曲げモーメントが作用した際の状態を説明するための断面図である。 図２中の縦筋埋設部分の他の実施例を示す拡大断面図である。

次に、本発明に係る高曲げ靭性ＰＣ杭の実施態様を図１〜図５に示す実施例を基に説明する。尚、図中符号１は高曲げ靭性ＰＣ杭である。

この高曲げ靭性ＰＣ杭１は、筒状を成すコンクリート体２の肉厚部に周方向に間隔を置いて軸方向に向けた複数の縦筋３，３...を埋設し、その縦筋３，３...の外側のコンクリート体２の外周面近傍に環状又は螺旋状に横拘束筋４が配置され、コンクリート体２に縦筋３，３...によってプレストレスが付与されるとともに、横拘束筋４によりコンクリート体２を杭径方向で拘束している。

また、この高曲げ靭性ＰＣ杭１には、コンクリート体２の肉厚部に周方向に間隔を置いて軸方向に向けた複数のひび割れ誘発部材５，５...が埋設されている。

コンクリート体２は、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度コンクリートによって中央に中空部２ａを有する円筒状に形成され、その肉厚部に緊張した状態で埋設された各縦筋３，３...により筒軸方向にプレストレスが導入されている。

また、コンクリート体２には、軸方向両端に鋼材からなる端板６，６が固定され、この端板６，６に縦筋３，３...の端部が定着されている。尚、図中符号７は定着具である。

縦筋３，３...は、一様伸びが２％以上のＰＣ鋼材であって、その外周面、即ち、コンクリート体２と接する面の全体に亘って凹凸が無く又は起伏が少ない形状に形成され、コンクリート体２にひび割れを生じる引張応力度と同等又はそれ以下、即ち、コンクリート体２を構成する高強度コンクリートの引張強度とプレストレスとの合成応力度と同等かそれ以下の付着強度でコンクリート体２に付着するようにしている。

尚、圧縮強度が８０Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度コンクリートを使用し、長期有効プレストレスを４Ｎ／ｍｍ^２とする本実施例では、コンクリート体２にひび割れを生じる引張応力度と同等又はそれ以下の付着強度を１０〜１５Ｎ／ｍｍ^２としている。

本実施例の縦筋３，３...では、図２に示すように、その長さ方向全体に亘って外周に略凹凸の無い丸鋼状に形成され、平常時には、コンクリート体２にひび割れを生じる引張応力度と同等又はそれ以下、即ち、コンクリート体２を構成する高強度コンクリートの引張強度とプレストレスとの合成応力度と同等又はそれ以下の付着強度（１０〜１５Ｎ／ｍｍ^２程度）で付着され、曲げ方向に大きな外力Ｆが作用した際には、縦筋３，３...が両端が固定された状態でコンクリート体２と互いに摺動しつつ伸長できるようになっている。

ひび割れ誘発部材５，５...には、例えば、ふし付き異形鉄筋を使用し、コンクリート体２に曲げ方向の大きな外力Ｆが作用すると、異形鉄筋のふし部５ａ，５ａ...と接触したコンクリート体２の各部分に応力が集中してその位置に杭径方向に向けて亀裂が誘発され、そのひび割れ８，８...が周方向に拡大し、コンクリート体２の軸方向に間隔を置いて複数のひび割れ８，８...が生じるようになっている。

尚、ひび割れ誘発部材５，５...は、その周方向ピッチが縦筋３，３...の周方向ピッチよりも広くなっており、コンクリート体２に埋設される縦筋３，３...の数量（本実施例では１２本）に比べひび割れ誘発部材５，５...の数量（本実施例では、６本）が少なくなっている。

横拘束筋４は、丸鋼材を使用し、この丸鋼材を縦筋３，３...の外側に円環状又は螺旋状を成すように周回させている。

この高曲げ靭性ＰＣ杭１は、縦筋３，３...、横拘束筋４、ひび割れ誘発部材５，５...及び端板６，６を型枠内に収容した後、縦筋３，３...を固定した端板６，６をジャッキ等によって引張ることで縦筋３，３...を緊張し、縦筋３，３...の両端を各型枠に支持させた状態で型枠内に所定量のコンクリートを投入し、遠心成形機により円筒状のコンクリート体２を成形した後、必要な養生処理を行い、コンクリート体２を固化させた後脱型し、縦筋３，３...の緊張力をコンクリート体２にプレストレスとして与えている。

このように構成された高曲げ靭性ＰＣ杭１は、緊張した状態にある縦筋３，３...がコンクリート体２にひび割れが生じる引張応力度と同等又はそれ以下、即ち、コンクリート体２を構成する高強度コンクリートの引張強度とプレストレスとの合成応力度と同等又はそれ以下の付着強度で付着されて一体化し、縦筋３，３...によってコンクリート体２にプレテンション方式による軸方向のプレストレスが導入され、高い曲げ耐力を得ている。

また、この高曲げ靭性ＰＣ杭１では、横拘束筋４によって、コンクリート体２が杭径方向に拘束され、その横拘束効果により高い圧縮変形性能を得ている。

一方、この高曲げ靭性ＰＣ杭１は、地震動等によって曲げ方向の大きな外力Ｆが作用すると、図４に示すように、曲げモーメントによってコンクリート体２の曲率半径内側（図中上側）がその軸方向で圧縮され、外側（図中下側）が軸方向に引張られ、その引張応力がコンクリート体２のひび割れ引張強度、即ちコンクリート体２を構成する高強度コンクリートの引張強度と縦筋３により導入されたプレストレスとの合成応力度を超えると、コンクリート体２の曲率半径外側にひび割れが生じる。

その際、この高曲げ靭性ＰＣ杭１では、縦筋３，３...がコンクリート体２に対してコンクリート体２にひび割れを生じる引張応力度と同等又はそれ以下の付着強度でコンクリート体２に付着しているため、ひび割れの発生に先んじて、付着力に抗してコンクリート体２と互いに摺動しつつ伸長するので、この高曲げ靭性ＰＣ杭１では、縦筋３がひび割れ発生部分のみで局所的に伸長することがなく、縦筋３は、ひび割れ発生部分から離れた部分においても伸長し、引張力を負担することができる。

また、コンクリート体２には、ひび割れ誘発部材５，５...を備えているので、曲げに伴う引張力が、コンクリート体２を構成する高強度コンクリートの引張強度と縦筋３により導入された有効プレストレスとの合成応力度を超えると、図４に示すように、その曲率半径外側にひび割れ誘発部材５，５...によって軸方向に間隔を置いて前記コンクリート体２に複数のひび割れ８，８...が生じる。

そして、この高曲げ靭性ＰＣ杭１では、曲げに伴う引張力により生じる伸び量が各ひび割れ８，８部分に分散され、局所的なひび割れの拡大を防止し、その部分の縦筋３，３...のみに応力が集中することを防止でき、縦筋３，３...の破断を防止することができる。

よって、この高曲げ靭性ＰＣ杭１では、十分な曲げ耐力を得ることができるとともに、従来の曲げ靭性ＰＣ杭に比べて、格段に変形能力が向上し、高い靭性を確保することができ、耐震性に優れている。

尚、上述の実施例では、縦筋３を丸鋼状に形成した例について説明したが、図５に示すように、縦筋３は、ＰＣ鋼材１０の外周を摺動用被覆１１で被覆されたものであってもよい。尚、上述の実施例と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する。

この縦筋３は、外周面に螺旋状に溝部１０ａを備えている異形ＰＣ鋼材１０を使用し、その外周面を摺動用被覆１１で被覆することにより、外周に凹凸の無い又は起伏の少ない形状を成している。

摺動用被覆１１は、ビニール樹脂やエポキシ樹脂等により形成され、異形ＰＣ鋼材１０の外周面とコンクリート体２との間に介在されることで、コンクリート体２を構成する高強度コンクリートのコンクリート体２を構成する高強度コンクリートの引張強度とプレストレスとの合成応力度と同等又はそれ以下の付着強度で縦筋３をコンクリート体２に付着させるようになっている。

そして、異形ＰＣ鋼材１０からなる縦筋３であっても、この高曲げ靭性ＰＣ杭１では、曲げ方向に大きな外力Ｆが作用した場合、縦筋３，３が異形ＰＣ鋼材１０の外周を被覆する摺動用被覆１１の外周面がコンクリート体２に対して摺動しつつ伸長するので、縦筋３がひび割れ発生部分のみに集中することなく伸長できるようになっている。

尚、上述の実施例では、プレテンション方式でコンクリート体２にプレストレスを導入した例について説明したが、コンクリート体２に埋設されたシースにＰＣ鋼材を挿通させた後、緊張したＰＣ鋼材の両端をコンクリート体２の両端に定着させるとともに、シース内にグラウトを充填してＰＣ鋼材からなる縦筋とコンクリート体とを付着させるようにしたポストテンション方式によりコンクリート体２にプレストレスを導入するものであってもよい。

１ 高曲げ靭性ＰＣ杭
２ コンクリート体
３ 縦筋
４ 横拘束筋
５ ひび割れ誘発部材
６ 端板
７ 定着具
８ 付着面部
９ ひび割れ
１０ 異形ＰＣ鋼材
１１ 摺動用被覆

Claims (3)

1. 高強度コンクリートからなる円筒状のコンクリート体に、周方向に間隔を置いて軸方向に向けた一様伸びが２％以上のＰＣ鋼材からなる複数の縦筋が埋設されるとともに、該縦筋の外側に環状又は螺旋状に横拘束筋が配置され、前記縦筋によってプレストレスが付与されている高曲げ靭性ＰＣ杭において、
   前記縦筋は、前記コンクリート体にひび割れを生ずる引張応力度と同等又はそれ以下の付着強度で前記コンクリート体に付着され、
   前記コンクリート体には、周方向に間隔を置いて複数のひび割れ誘発部材が埋設され、
   曲げ方向に大きな外力が作用した際、前記縦筋が前記コンクリート体と軸方向で互いに摺動しつつ伸長し、且つ、前記ひび割れ誘発部材によって軸方向に間隔を置いて前記コンクリート体に複数のひび割れが生じるようにしていることを特徴とする高曲げ靭性ＰＣ杭。
2. 前記縦筋は、丸鋼状に形成されている請求項１に記載の高曲げ靭性ＰＣ杭。
3. 前記縦筋は、前記ＰＣ鋼材が外周面を摺動用被覆により被覆されている請求項１又は２に記載の高曲げ靭性ＰＣ杭。
   

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